Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một cặp sao quay quanh nhau chỉ trong 51 phút, đây là quỹ đạo nhanh nhất từng thấy trong một cặp sao như vậy. Hệ thống này được đặt tên là ZTF J1813+4251 và là một ví dụ về biến thiên đại hồng thủy – một sự sắp xếp bao gồm một ngôi sao trong quỹ đạo chặt chẽ xung quanh một ngôi sao chết gọi là sao lùn trắng.
Khi hai vật thể sao trong một biến thiên đại hồng thủy mất năng lượng do phát ra sóng hấp dẫn, chúng bị kéo lại gần nhau hơn và sao lùn trắng bắt đầu “ăn” ngôi sao “cho” giống Mặt trời, xé toạc vật chất khỏi bề mặt của nó. ZTF J1813+4251 nằm cách Trái đất 3000 năm ánh sáng và là bằng chứng đầu tiên cho thấy các biến thiên đại hồng thủy có thể co lại đủ để có chu kỳ quỹ đạo ngắn như vậy.
“Với việc phát hiện ra ZTF J1813+4251, giờ đây chúng ta biết rằng, trong những trường hợp hiếm hoi, các biến thiên tai có thể thu hẹp lại về một chu kỳ quỹ đạo ngắn hơn nhiều so với 75 phút”, thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đại học Amsterdam, cho biết. Jan van Roestel, kể lại Thế giới Vật lý. “Đã có những dự đoán về mặt lý thuyết rằng điều này có thể xảy ra, nhưng việc phát hiện ra ZTF J1813+4251 đã xác nhận điều này mà không còn nghi ngờ gì nữa.”
Van Roestel cùng với Kevin Burdge của Viện Công nghệ Massachusetts và các đồng sự còn xác định được những tính chất khác của mỗi ngôi sao – bao gồm khối lượng và bán kính của chúng.
Hệ thống nhỏ
“Hệ thống nhị phân bao gồm một sao lùn trắng và một ngôi sao tài trợ có khối lượng lần lượt khoảng 0.55 và 0.1 khối lượng Mặt Trời,” van Roestel nói. Khoảng cách giữa chúng chỉ bằng 0.4 bán kính Mặt trời, điều đó có nghĩa là toàn bộ hệ nhị phân có thể dễ dàng nằm gọn bên trong ngôi sao của chúng ta. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng quỹ đạo chặt chẽ này là kết quả của mật độ cực cao của ngôi sao tài trợ.
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy ZTF J1813+4251 trong một bộ sưu tập lớn các ngôi sao được quan sát bởi Cơ sở thoáng qua Zwicky (ZTF), sử dụng một camera gắn vào kính viễn vọng tại Đài quan sát Palomar ở California. ZTF đã chụp được hơn 1000 bức ảnh có độ phân giải cao về các khu vực rộng lớn trên bầu trời ghi lại những thay đổi về độ sáng của 1 tỷ ngôi sao trong các khoảng thời gian khác nhau từ vài ngày đến nhiều năm.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một thuật toán để tìm kiếm những dữ liệu này để tìm những ngôi sao dường như nhấp nháy liên tục trong khoảng thời gian chưa đầy một giờ. Những chớp sáng như vậy có thể được tạo ra bởi hai ngôi sao trong một quỹ đạo chặt chẽ, với một ngôi sao chặn ánh sáng từ ngôi sao kia trong thời gian ngắn – như trường hợp của ZTF J1813+4251.
Giai đoạn tiến hóa hiếm gặp
Các quan sát cũng tiết lộ rằng hệ thống này đang ở trong một giai đoạn tiến hóa thú vị. Burdge giải thích: “Chúng tôi phát hiện ra biến số thảm khốc này đang thực hiện một điều gì đó rất đặc biệt, chuyển từ bồi tụ hydro sang bồi tụ heli”.. “Điều này xảy ra vì sao lùn trắng bắt đầu ăn một ngôi sao thuộc dãy chính cũ ở rất gần giai đoạn cuối đời của nó sau khi ngôi sao đó đã tích tụ lượng helium đáng kể trong lõi của nó.”
Giờ đây, bầu khí quyển hydro của ngôi sao tài trợ gần như biến mất, với việc sao lùn trắng tước đi những tàn tích cuối cùng của nó khỏi đối tác của nó. Kết quả là, ngôi sao tài trợ này sẽ sớm bị giảm xuống thành lõi giàu heli, thứ mà sao lùn trắng đồng hành của nó sẽ tiếp tục ăn. Nhóm nghiên cứu cũng dự đoán rằng chu kỳ quỹ đạo của hệ thống này sẽ tiếp tục rút ngắn và trong khoảng 70 triệu năm nữa nó có thể chỉ còn 20 phút.
“Tương lai của ngôi sao đôi này được điều khiển bởi sóng hấp dẫn,” van Roestel nói. “Hai ngôi sao đủ lớn và quay quanh nhau đủ gần để chúng mất dần động lượng góc thông qua sóng hấp dẫn, khiến chu kỳ quỹ đạo và khoảng cách của chúng giảm hơn nữa.”
Quan sát sóng hấp dẫn
Về nguyên tắc, các sóng hấp dẫn này có thể được các nhà thiên văn học phát hiện. Tuy nhiên, các đài quan sát sóng hấp dẫn hiện nay không đủ nhạy để thực hiện việc này. Trong tương lai, việc nghiên cứu các hệ thống như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng Anten không gian giao thoa kế laser (LISA), sẽ nhạy hơn các máy dò sóng hấp dẫn trên Trái đất hiện có.
Các nhà thiên văn học giải thích hình ảnh 'khó hiểu' của Kính viễn vọng Không gian James Webb về ngôi sao nhị phân
“Khám phá này là một vấn đề lớn vì hiện tại có một máy dò sóng hấp dẫn đang được chế tạo, nó sẽ đặt trong không gian, gọi là LISA, nó sẽ quan sát sóng hấp dẫn từ các vật thể có chu kỳ quỹ đạo như ZTF J1813+4251,” Burdge nói. Ông nói thêm rằng cuộc nghiên cứu trong tương lai này có thể bổ sung một yếu tố then chốt còn thiếu trong sự hiểu biết của chúng ta về cách các ngôi sao tiến hóa.
“Các biến số thảm khốc thực sự là những phòng thí nghiệm tuyệt vời để nghiên cứu vật lý bồi tụ và tiến hóa nhị phân. Sách giáo khoa có xu hướng tập trung vào các ngôi sao biệt lập như Mặt trời. Vấn đề là, câu chuyện đơn giản đó sẽ không hiệu quả nếu bạn đặt hai ngôi sao trong một hệ nhị phân cạnh nhau, vì chúng sẽ tương tác và điều đó có thể thay đổi hoàn toàn kết quả.”
“Bằng cách nghiên cứu các hệ nhị phân tương tác chặt chẽ này, giống như các biến số đại hồng thủy, chúng tôi đang thu thập thông tin cần thiết để hoàn thành sách giáo khoa về quá trình tiến hóa của sao. Cụ thể là chúng ta đang bắt đầu hiểu được sự tiến hóa nhị phân của các vì sao. Về cơ bản, hệ thống này trả lời một câu hỏi quan trọng về cách hình thành các nhị phân biến thiên thảm khốc.”
Quan sát được mô tả trong Thiên nhiên.
